基于PLC200的混合液體控制系統(tǒng)(西門子)

1、1概述可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令。并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)該按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC與普通微機(jī)相區(qū)別之處，其需要考慮實(shí)際控制的需要，應(yīng)能排除干擾信號(hào)適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用，所以PLC采用了典型的計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)，主要由微處理器（CPU）,存儲(chǔ)器（RAM/ROM）,輸入輸出接口（I/O）電路，通信接口及電源組成。P

2、LC基本結(jié)構(gòu)：圖1.1 PLC基本結(jié)構(gòu)圖PLC的存儲(chǔ)器分為程序區(qū)，系統(tǒng)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)。程序區(qū)是用于存放用戶程序，存儲(chǔ)器為EEPROM.系統(tǒng)區(qū)用于存放有關(guān)PLC配置的參數(shù)。數(shù)據(jù)區(qū)是S7-200CPU提供的存儲(chǔ)器的特定區(qū)域。它包括輸入映像寄存器，輸出映像寄存器，變量存儲(chǔ)器，內(nèi)部標(biāo)志位存儲(chǔ)器，順序控制繼電器存儲(chǔ)器，特殊標(biāo)志位存儲(chǔ)器，局部存儲(chǔ)器，定時(shí)器存儲(chǔ)器，計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器，模擬量輸入映像寄存器，模擬量輸出映像寄存器，累加器，高速計(jì)數(shù)器。數(shù)據(jù)空間是用戶程序執(zhí)行過(guò)程中的內(nèi)部工作區(qū)域。數(shù)據(jù)區(qū)使CPU的運(yùn)行更快，更有效。存儲(chǔ)器為EEPROM和RAM。STEP 7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows

3、的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為SIMATIC S7-200系列PLC設(shè)計(jì)開發(fā)。該軟件功能強(qiáng)大，界面友好，并有方便的聯(lián)機(jī)幫助功能。用戶可利用該軟件開發(fā)PLC應(yīng)用程序，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。該軟件是SIMATIC S7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制要求本裝置為兩種液體混合模擬裝置，SL1、SL2、SL3為液面?zhèn)鞲衅?，液體A、B閥門與混合液閥門由電磁閥YV1、YV2、YV3控制，M為攪勻電機(jī)，控制要求如下：初始狀態(tài):裝置投入運(yùn)行時(shí)，液體A、B閥門關(guān)閉，混合液閥門打開20秒將容器放空后關(guān)閉。啟動(dòng)操作:按下啟動(dòng)按鈕SB1，裝置就開始按下列約定的規(guī)律操

4、作：液體A閥門打開，液體A流入容器。當(dāng)液面到達(dá)SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉液體A閥門，打開液體B閥門。液面到達(dá)SL1時(shí)，關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開始攪勻。攪勻電機(jī)工作6秒后停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開，開始放出混合液體。當(dāng)液面下降到SL3時(shí)，SL3由接通變?yōu)閿嚅_，再過(guò)2秒后，容器放空，混合液閥門關(guān)閉，開始下一周期。停止操作:按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，才停止操作（停在初始狀態(tài)上）。液體混合裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖： 圖2.1 液體混合裝置控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖此面板中，液面?zhèn)鞲衅饔免o子開關(guān)來(lái)模擬，啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，液體A閥門、液體B閥門、混合液閥門的打開與關(guān)閉以及攪

5、勻電機(jī)的運(yùn)行與停轉(zhuǎn)用發(fā)光二極管的點(diǎn)亮與熄滅來(lái)模擬。2.2 選擇PLC型號(hào)S7-200是一種可編程序邏輯控制器。它能夠控制各種設(shè)備以滿足自動(dòng)化控制要求。S7-200的用戶程序中包括了位邏輯，計(jì)數(shù)器，定時(shí)器，復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算以及其他智能模塊通訊等指令內(nèi)容，從而使它能夠監(jiān)視輸入狀態(tài)，改變輸出狀態(tài)以達(dá)到控制的目的，緊湊的結(jié)構(gòu)，靈活的配置和強(qiáng)大的指令集使S7-200成為各種控制應(yīng)用的理想解決方案。S7-200 PLC主機(jī)的型號(hào)規(guī)格種類很多，以適應(yīng)不同需要的控制場(chǎng)合，西門子公司推出的S7-200 CPU22X系列產(chǎn)品有：CPU221模塊，CPU222模塊，CPU224模塊，CPU226模塊，CPU226XM模

6、塊。CPU22X系列產(chǎn)品指令豐富，速度快，具有較強(qiáng)的通信能力。本次課設(shè)選擇的是CPU226模塊。CPU226模塊的I/O總數(shù)為40點(diǎn)，其中輸入點(diǎn)24點(diǎn)，輸出點(diǎn)為16點(diǎn)?？蓭?個(gè)擴(kuò)展模塊。用戶程序存儲(chǔ)器容量為6.6K字，內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器，具有PID控制器功能。有兩個(gè)告訴脈沖輸出端和2個(gè)RS-485通信口。具有PPI通信協(xié)議，MPI通信協(xié)議和自由口協(xié)議的通信能力。運(yùn)行速度快，功能強(qiáng)，適用與較高的中小型控制系統(tǒng)。下圖是S7-200PLC CPU226模塊的硬件接線圖和實(shí)物圖：（圖二.1） 圖2.2 S7-200PLC CPU226模塊的硬件接線圖 圖2.3 CPU226模塊實(shí)物圖2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意

7、圖下圖為本次“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”的設(shè)計(jì)流程圖： 初始狀態(tài)啟動(dòng)按鈕按下 N Y 液面達(dá)到SL2 閥門A打開，液體A流入 N關(guān)閉液體閥門A，打開液體閥門B Y 液面達(dá)到SL1 N 關(guān)閉液體B閥門，攪勻電機(jī)開始攪勻6MIA Y 6s定時(shí) N 停止攪動(dòng)，混合液體閥門打開 Y 液面下降SL3 NSL3由接通變?yōu)閿嚅_,啟動(dòng)2s計(jì)時(shí)后 Y 2秒計(jì)時(shí) N 混合液閥門關(guān)閉 Y停止按鈕是否按下 N Y 圖2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)I/O分配表下表為本次“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計(jì)的I/O分配表：表2.1 “液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計(jì)的I/O分配表 輸入信號(hào)SB1 啟動(dòng)按鈕I0.0SB

8、2 停止按鈕I0.1SL1 液面?zhèn)鞲衅?I0.2SL2 液面?zhèn)鞲衅?I0.3SL3 液面?zhèn)鞲衅?I0.4 輸出信號(hào)YV1 液體A閥門Q0.0YV2 液體B閥門Q0.1YV3 混合液體閥Q0.2YKM 電磁閥Q0.32.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)I/O接線圖下圖5是“自己畫”的本次“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計(jì)的I/O接線圖：圖2.5 “液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”設(shè)計(jì)的I/O接線圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 梯形圖設(shè)計(jì)PLC的編程語(yǔ)言主要有三種：梯形圖，語(yǔ)句表和功能塊圖。本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要以梯形圖設(shè)計(jì)為主語(yǔ)句表設(shè)計(jì)為輔，在設(shè)計(jì)過(guò)程中有已經(jīng)給出的參考程序和自己設(shè)計(jì)的程序。（一）已給出的參考程序：圖3.1

9、“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”參考梯形圖(2) 自行設(shè)計(jì)程序：下面所示的程序是自己根據(jù)參考程序以及系統(tǒng)所需的要求而設(shè)計(jì)的，相對(duì)參考程序來(lái)說(shuō)功能更加完善，性能更加優(yōu)越，容易理解，難易程度適中。能夠更好的滿足系統(tǒng)的要求。網(wǎng)絡(luò)1功能是：實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，停止，采用的是停止優(yōu)先設(shè)計(jì)方法，按I0.0啟動(dòng)系統(tǒng)，按I0.1停止操作。網(wǎng)絡(luò)2是對(duì)VB100清零。網(wǎng)絡(luò)3是對(duì)M0.0置1，網(wǎng)絡(luò)4是采用移位寄存器對(duì)整個(gè)操作過(guò)程進(jìn)行循環(huán)處理。當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，I0.1導(dǎo)通，同時(shí)M0.1自鎖閉合，移位寄存器采樣M0.0的高電平1，使V100.0置1，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)5，Q0.0導(dǎo)通同時(shí)使M0.0復(fù)位；I0.3導(dǎo)通移位寄存器采樣M0.0的低電平0

10、，進(jìn)行移位，使V100.0復(fù)位，V100.1置1，Q0.0復(fù)位，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)6 Q0.1導(dǎo)通；I0.2導(dǎo)通移位寄存器采樣M0.0的低電平0，進(jìn)行移位，使V100.1復(fù)位，V100.2置1，Q0.1復(fù)位，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)7，定時(shí)器T37開始定時(shí)，Q0.3導(dǎo)通，T37定時(shí)6S到時(shí)，Q0.3復(fù)位，T37導(dǎo)通移位寄存器采樣M0.0的低電平0，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)8，使Q0.2置1;I0.4斷開時(shí)，移位寄存器采樣M0.0的低電平0，進(jìn)行移位，使V100.2復(fù)位，V100.3置1進(jìn)行移位，使V100.3復(fù)位，V100.4置1，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)9，啟動(dòng)定時(shí)器T38，2s定時(shí)。2s定時(shí)到后，T38置1，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)10，Q0.2復(fù)位，M0.0和

11、M0.2置1，開始下一周期的循環(huán)，如果按停止按鈕M0.1復(fù)位，則停止在初始狀態(tài)。圖3.2 自行設(shè)計(jì)“液體混合裝置控制系統(tǒng)的模擬”梯形圖3.2 指令表設(shè)計(jì)(一)本次課程設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分的參考語(yǔ)句表設(shè)計(jì)如下：Network 1LD I0.0EU= M10.0Network 2LD I0.1EU= M10.1Network 3LD I0.2EU= M10.2Network4NLD I0.3EU= M10.3Network 5LDN I0.4AN M11.3= M11.2Network 6LDN I0.4= M11.3Network 7LD M10.0S M20.0, 1Network 8LD M2

12、0.0A T38O M10.0S Q0.0, 1Network 9LD M10.3S Q0.1, 1Network 10LD M10.3O M10.1R Q0.0, 1Network 11LD M10.2S Q0.3, 1Network 12LD M10.2O M10.1R Q0.1, 1Network 13LD T37O M10.1R Q0.3, 1Network 14LD Q0.3TON T37, +60Network 15LDN Q0.3= M12.4Network 16LDN Q0.3A M12.4AN M11.5= M11.4Network 17LDN Q0.3A M12.4= M1

13、1.5Network 18LD M11.4S Q0.2, 1Network 19LD T38O M10.1R Q0.2, 1Network 20LD M11.2S M20.1, 1Network 21LD T38R M20.1, 1Network 22LD M20.1TON T38, +20（2） 自行設(shè)計(jì)的語(yǔ)句表：Network 1LD I0.0O M0.1AN I0.1= M0.1Network 2LD I0.0A M0.1XORB VB100, VB100Network 3LD I0.0S M0.0, 1Network 4LD M0.1A I0.0LD M0.2A M0.1OLDLD I

14、0.3A V100.0OLDLD I0.2A V100.1OLDLD T37A V100.2OLDLD V100.3AN I0.4OLDSHRB M0.0, V100.0, 5 Network 5LD V100.0= Q0.0R M0.0, 1Network 6LD V100.1= Q0.1Network 7LD V100.2LPSAN T37= Q0.3LPPTON T37, +60Network 8LD V100.3S Q0.2, 1Network 9LD V100.4TON T38, +20Network 10LD T38R Q0.2, 1= M0.2= M0.0 4 調(diào)試運(yùn)行系統(tǒng)的調(diào)試

15、包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，而且兩者是密不可分的。我們?cè)O(shè)計(jì)好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過(guò)聯(lián)合調(diào)試，才能驗(yàn)證其正確性；軟硬件的配合情況以及是否達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，也只有經(jīng)過(guò)調(diào)試，才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以解決,完善，最終開發(fā)產(chǎn)品。在硬件調(diào)試過(guò)程中沒有出現(xiàn)問(wèn)題，接線端子設(shè)計(jì)和分配比較合理，能達(dá)到控制要求。軟件調(diào)試過(guò)程有幾處錯(cuò)誤：（1） 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕沒法啟動(dòng)系統(tǒng)。錯(cuò)誤出在網(wǎng)絡(luò)3，設(shè)計(jì)時(shí)用的是M0.0置一后無(wú)法保持，而系統(tǒng)掃描時(shí)間極端為微秒級(jí)無(wú)法使移位寄存器的DATA端采樣到M0.0的高電平信號(hào)好，這樣V100.0=0而不是1以就不能使閥A打開，所以無(wú)法啟動(dòng)。做出正確的改正后可以滿足要求。（2） 系統(tǒng)按下停止按

16、鈕時(shí)立即停止。處理方法 在移位寄存器的EN端加了一，M0.2在系統(tǒng)執(zhí)行完后一步排空后“置一”而M0.1受啟動(dòng)和停止按鈕的控制如果按下停止按鈕后M0.1復(fù)位，而不影響后面的執(zhí)行過(guò)程，在當(dāng)前的混合液操作處理完畢后，M0.2置一，但M0.1復(fù)位，不會(huì)繼續(xù)執(zhí)行，以就停在初始位置。（3） 為了使移位寄存器始終只有一個(gè)1，在網(wǎng)絡(luò)3初始化對(duì)M0.0置一后，在執(zhí)行完第一步即（V100.0置一）后網(wǎng)絡(luò)5對(duì)M0.0進(jìn)行復(fù)位處理，這樣就始終保證在一次循環(huán)中只有一個(gè)“1”。每次只執(zhí)行一步而禁止其他步執(zhí)行。經(jīng)過(guò)以上的調(diào)試找到并改正之后，系統(tǒng)能很好的滿足設(shè)計(jì)要求。5 結(jié)束語(yǔ)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)踐相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才是最重要的。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)不僅提高了自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力，更學(xué)到了很多在書本上所沒有的學(xué)到過(guò)的知識(shí)，進(jìn)一步加深了對(duì)可編程序控制器（PLC）的了解，掌握可編程序控